Alfa-titaniumlegeringen zijn gebaseerd op versterking door vaste oplossing en korrelverfijning, in plaats van op conventionele versterking door warmtebehandeling. Deze gids geeft een uitgebreide toelichting op volledig alfa- en bijna-alfa-samenstellingen, CP-titanium, equiaxiale en lamellaire structuren, toepassingen bij lage temperaturen en bij 600 °C, de invloed van de afkoelsnelheid, de balans tussen kruip en vermoeidheid, en alfa-2- of silicide-neerslag.
Alfa-titaniumlegeringen bevatten voornamelijk de alfa-fase en worden ingedeeld als volledig alfa of bijna-alfa. Omdat ze weinig of geen bèta-fase bevatten, kunnen ze niet worden versterkt door middel van conventionele warmtebehandeling; vaste-oplossing en korrelverfijning zijn de belangrijkste versterkingsmechanismen. Al, O, Zr, Sn en Si zijn belangrijke toevoegingen. Het aluminiumgehalte wordt doorgaans onder 6% gehouden om de broze, geordende alfa-2-fase (Ti3Al) te beperken; zuurstof zorgt voor een sterke interstitiële versterking maar vermindert de ductiliteit, en in bijna-alfa-legeringen wordt silicium gebruikt om de kruipweerstand te verbeteren.
Commercieel zuiver titanium (CP-titanium) wordt internationaal doorgaans ingedeeld in de ASTM-kwaliteiten 1–4, maar deze dienen slechts als algemeen kader en zijn geen één-op-één-vervangingen voor Chinese kwaliteiten.
| Gebruikelijke indeling van CP-titanium | Maximaal zuurstofgehalte | Elasticiteitsmodulus | Vloeigrens | Treksterkte | Rek |
|---|---|---|---|---|---|
| Grade 1 | 0.18% | 105 GPa | 170 MPa | 240 MPa | 24% |
| Grade 2 | 0.25% | 105 GPa | 275 MPa | 344 MPa | 20% |
| Grade 3 | 0.35% | 105 GPa | 377 MPa | 440 MPa | 18% |
| Grade 4 | 0.40% | 105 GPa | 480 MPa | 550 MPa | 15% |
Volledig alfa-legeringen bieden lasbaarheid, corrosiebestendigheid, ductiliteit, kerfslagtaaiheid en een overgangstemperatuur van ductiel naar bros die zo laag is als −253 °C. Equiaxiale korrels ontstaan door alfa-bèta-vervorming gevolgd door herkristallisatiegloeien. De sterkte hangt samen met de verfijning van de korrelgrootte; voor de CP-kwaliteit met het laagste zuurstofgehalte geldt de volgende formule: vloeigrens = 231 MPa + 10,5d−1/2. Bij snelle afkoeling vanuit de bèta-fase ontstaat naaldvormig of latvormig alfa-prime-martensiet, terwijl bij langzame afkoeling grove lamellaire kolonies ontstaan. Lamellaire structuren bieden in ruil voor een lagere trek- en vermoeidheidssterkte en een lagere ductiliteit een betere breuktaaiheid en kruipweerstand.
Ti-5Al-2,5Sn combineert een hoge cryogene sterkte met een hoge taaiheid en wordt gebruikt voor de opslag van vloeibare stikstof bij een temperatuur van ongeveer −253 °C.
Near-alpha-legeringen bieden kruip- en oxidatiebestendigheid en een sterkte tot ongeveer 600 °C voor toepassing in de compressor van gasturbines. Voorbeelden hiervan zijn Ti-1100, IMI 834 en BT18y. Kleine toevoegingen van Mo, Nb of V verbeteren de smeedbaarheid door de beperkte aanwezigheid van de bètafase; Zr en Sn versterken de alfa-fase, terwijl toevoegingen van Si, C en zeldzame aardmetalen de kruipweerstand kunnen verbeteren.
Door smeden en warmtebehandeling in het alfa-bèta-gebied kan een bimodale structuur ontstaan van primair equiaxiaal alfa en getransformeerd bèta, dat secundair lamellair alfa bevat. Deze structuur zorgt voor een evenwicht tussen kruip, breuktaaiheid en vermoeidheid.
Snellere afkoeling na een behandeling met een bèta-oplossing leidt tot dunnere alfa-lamellen, een hogere sterkte en een lagere ductiliteit. Een hoger bèta-gehalte kan de kruipweerstand van IMI 834 verbeteren, maar de vermoeiingsweerstand verminderen. Door veroudering of langdurige blootstelling kunnen geordende alfa2- en Ti5Si3-siliciden neerslaan, waardoor de sterkte bij kamertemperatuur en bij hoge temperaturen toeneemt, terwijl de ductiliteit afneemt.
Deel uw tekening, materiaal, tolerantiedoel of toepassingsvraag. Ons engineeringteam kan de bewerkingsroute bekijken en een praktische volgende stap voorstellen.
Materiaalgids
Zuiver aluminium is zacht omdat dislocaties zich relatief gemakkelijk door het kristalrooster kunnen verplaatsen. Door legering wordt aluminium harder doordat er opgeloste atomen worden toegevoegd...
Artikel lezenMateriaalgids
Titanium en titaniumlegeringen combineren een hoge specifieke sterkte, hittebestendigheid en corrosiebestendigheid met veeleisende verwerkingsvereisten bij hoge temperaturen. In deze gids wordt uitgelegd hoe commercieel...
Artikel lezenMateriaalgids
Bij het legeren van titanium worden bepaalde elementen gebruikt om de stabiliteit van de alfa- en bèta-fase, de transformatietemperatuur, de sterkte, het corrosiegedrag en de reactie op warmtebehandeling te beïnvloeden. Dit artikel...
Artikel lezenMateriaalgids
Bij de metallografie van titanium worden de alfa-, alfa-bèta- en bèta-legeringsfamilies onderscheiden op basis van fase-samenstelling, korrelgrootte, morfologie en verdeling. In deze gids worden equiaxiale, lamellaire, ...
Artikel lezen
